電子顯微鏡術(shù)

早上好！晚上好趙翔細(xì)胞生物電子顯微鏡術(shù)〔electronmicroscopy〕是指利用電子與樣品作用時(shí)所發(fā)出的信息，對(duì)樣品進(jìn)展微區(qū)察看和分析的一種方法學(xué)。電子顯微鏡術(shù)透射電鏡〔Transmissionelectronmicroscope,TEM〕掃描電鏡〔Scanningelectronmicroscope,SEM〕最常見(jiàn)的電子顯微鏡：透射電鏡圖象掃描電鏡圖象圖片

分辨率：分辨兩點(diǎn)間最小間隔的才干一、根本概念肉眼的分辨率：0.2mm光鏡的分辨率：0.2μm電鏡的分辨率：0.2nm〔1mm＝103μm,1μm＝103nm〕光具有動(dòng)搖性和粒子性。衍射是因光的動(dòng)搖性而出現(xiàn)的一種物理景象。光鏡的分辨率局限在0.2μ，是由于光的衍射。衍射：光波在傳播時(shí)，假設(shè)經(jīng)過(guò)一個(gè)大小近于或小于波長(zhǎng)的孔，那么以孔為中心，構(gòu)成環(huán)形波向前傳播。

光的衍射

.alnis612n0d=α為孔徑角(光線入射角的一半)，sinα<1，n為物鏡與物之間介質(zhì)的折射率，λ為入射光的波長(zhǎng)。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)是400nm－800nm。為了減小d，我們用油鏡，n=1.5,sinα=0.87〔最大的孔徑角接近90o〕，此時(shí)最小分辨間隔α

.alnis612n0d=α為孔徑角(光線入射角的一半)，sinα<1，n為物鏡與物之間介質(zhì)的折射率，λ為入射光的波長(zhǎng)。為了減小d，我們用油鏡，n=1.5,sinα=0.87〔最大的孔徑角接近90o〕，此時(shí)最小分辨間隔可見(jiàn)光的波長(zhǎng)是400nm－800nm。肉眼的分辨率：0.2mm光鏡的分辨率：0.2μm電鏡的分辨率：0.2nm〔1mm＝103μm,1μm＝103nm〕

1．根據(jù)法國(guó)deBroglie的實(shí)際，運(yùn)動(dòng)電子具有動(dòng)搖性，我們可以將其同光一樣，作顯微鏡的光源，結(jié)合經(jīng)典量子實(shí)際，我們可計(jì)算出運(yùn)動(dòng)粒子的波長(zhǎng)：λ＝粒子的波長(zhǎng)；h＝Planck常數(shù)；m＝粒子的質(zhì)量；v＝粒子的速度。二、電子顯微鏡的產(chǎn)生根底思索到高速電子運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量變化(用相對(duì)論進(jìn)展修正)，可得到公式：將λ代人d的計(jì)算公式，假設(shè)所用電壓為60kv，那么d≈0.24nm。修正公式(nm)肉眼的分辨率：0.2mm光鏡的分辨率：0.2μm電鏡的分辨率：0.2nm〔1mm＝103μm,1μm＝103nm〕2．德國(guó)科學(xué)家Busch證明：軸對(duì)稱電磁場(chǎng)可以象凸透鏡會(huì)聚光波成象那樣聚焦運(yùn)動(dòng)的電子束并使其成象。根據(jù)這兩個(gè)原理制成了電磁透鏡。電磁透鏡電磁透鏡是電鏡的中心，它可以象光學(xué)透鏡那樣任務(wù)。三、電磁透鏡的構(gòu)造螺旋纏繞的通電短線圈可以產(chǎn)生軸對(duì)稱磁場(chǎng)，但這樣的磁場(chǎng)延伸的很廣，是一個(gè)沿軸的柱形，且中心強(qiáng)度最大。電磁透鏡1除內(nèi)壁外，將線圈周圍用軟鐵包裹，就可產(chǎn)生較強(qiáng)的并較局限的磁場(chǎng)。電磁透鏡2假設(shè)線圈內(nèi)部也裹上軟鐵，只在內(nèi)部留一個(gè)小園孔，得到一個(gè)非常集中而且軸很短的磁場(chǎng)。用這種線圈作的透鏡焦距長(zhǎng)。電磁透鏡3要提高放大倍數(shù)，縮短透鏡焦距，就需減小線圈直徑，這就會(huì)最終導(dǎo)致線圈過(guò)熱。這一問(wèn)題可用在小園孔上下各加一圓錐形，有軸孔的軟鐵片來(lái)處理。這兩個(gè)軟鐵片叫極靴，做工很精細(xì)，兩極靴頂端的間隔和園孔的直徑均為幾毫米。線圈加電流后，極靴間構(gòu)成一強(qiáng)的范圍很窄的軸對(duì)稱磁場(chǎng)。這種磁場(chǎng)起著電子透鏡的作用。電磁透鏡4電子在極靴孔中先受向外或向內(nèi)的力，后受軸向的力，所以電子的運(yùn)動(dòng)是繞軸旋轉(zhuǎn)的，同時(shí)向軸折射會(huì)聚成象。因此經(jīng)過(guò)電磁透鏡的電子總是會(huì)聚的，而且像不僅能顛倒，還能旋轉(zhuǎn)〔電流的方向大小可以改動(dòng)像的角度〕。電子在極靴中的運(yùn)動(dòng)照明系統(tǒng)樣品室成象系統(tǒng)聚光鏡電子槍物鏡中間鏡投影鏡機(jī)械泵油泵真空系統(tǒng)供電系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)四、透射電鏡的構(gòu)造照明系統(tǒng)包括電子槍聚光鏡成象系統(tǒng)包括物鏡中間鏡投影鏡(一)、電子光學(xué)系統(tǒng)由三部分組成：陰極〔燈絲，f〕、柵極(控制極,s)和陽(yáng)極(a)。電子槍照明系統(tǒng)包括電子槍聚光鏡成象系統(tǒng)包括物鏡中間鏡投影鏡(一)、電子光學(xué)系統(tǒng)聚光鏡的作用是將從電子槍發(fā)出的電子聚焦到樣品上，以得到好的照明效果。磁透鏡物鏡是第一級(jí)放大電磁透鏡，位于樣品室下。它的好壞的電鏡的分辨率起決議性作用，是評(píng)價(jià)電鏡好壞的重要目的。中間鏡的構(gòu)造與物鏡類似。用來(lái)放大的電磁透鏡。調(diào)理其電流可使像延續(xù)放大。它的調(diào)理范圍很大，普通在一千倍到幾十萬(wàn)倍。物鏡和中間鏡電子顯微鏡中，電子從電子槍發(fā)出經(jīng)過(guò)樣品到達(dá)熒光屏的整個(gè)路程應(yīng)該不與空氣分子碰撞，這就要求鏡筒中具有高真空。鏡筒的高真空還可以使燈絲壽命延伸，防止電子槍放電而引起高壓不穩(wěn)，也可使樣品防止污染?！捕场⒄婵障到y(tǒng)衡量真空度的單位是Torr(乇，音“托〞)，即毫米汞柱〔1Torr＝1mmHg〕。電鏡任務(wù)的真空要求在10－4～10－6Torr。普通電鏡有二級(jí)真空泵，前級(jí)是機(jī)械泵〔10－2Torr〕，后級(jí)是油分散泵〔10－5Torr〕。衡量單位電鏡各部分對(duì)電壓電流的要求不同。例如，電子槍需高壓〔25KV～125KV可調(diào)〕，但電流很小〔幾十微安〕；電磁透鏡所需的電壓不高，但電流相對(duì)較高〔安培級(jí)〕。無(wú)論哪一部分對(duì)供電系統(tǒng)的要求有一共同點(diǎn)，就是穩(wěn)定，這樣才干保證成象明晰?！踩?、供電系統(tǒng)真空系統(tǒng)供電系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)圖象轉(zhuǎn)換系統(tǒng)照明系統(tǒng)樣品室聚光鏡電子槍掃描系統(tǒng)信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)信號(hào)放大系統(tǒng)信號(hào)顯示系統(tǒng)機(jī)械泵油泵五、掃描電鏡的構(gòu)造照相機(jī)掃描發(fā)生器探測(cè)器放大系統(tǒng)掃描電鏡１．電子槍：掃描電鏡的分辨率是由電子束在樣品上掃描時(shí)的直徑?jīng)Q議的。電子束交叉點(diǎn)的直徑約50μ以下，因此必需將其減少，才干察看到很小的樣品。２．聚光鏡：掃描電鏡的聚光鏡的構(gòu)造與透射電鏡的類似，它們都是強(qiáng)磁透鏡，有很強(qiáng)的聚焦才干，兩級(jí)或三級(jí)透鏡可將電子束聚成直徑在1nm以下的光斑，打在樣品上。末級(jí)透鏡又叫物鏡，(一)、電子光學(xué)系統(tǒng)照相機(jī)掃描發(fā)生器探測(cè)器放大系統(tǒng)掃描電鏡１．掃描系統(tǒng)：要使電子束在樣品上掃描，可加兩對(duì)電場(chǎng)適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)線圈。在里外加一對(duì)線圈，也加上鋸齒形電流，那么電子束沿左右運(yùn)動(dòng)。兩對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈共同作用，可使電子束在樣品上前后左右掃描。電子運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)方向磁場(chǎng)方向(二)、圖象轉(zhuǎn)換系統(tǒng)1．信號(hào)的產(chǎn)生:電子束打在樣品上，實(shí)踐上是電子束與樣品間相互作用，產(chǎn)生多種信號(hào)。2．信號(hào)的搜集：普通掃描電鏡主要察看樣品外表的形狀，運(yùn)用二次電子信號(hào)。二次電子的能量很低(50eV)，只能從外表幾nm厚的樣品外表發(fā)出。我們可以較容易的把二次電子信號(hào)同其它信號(hào)分開(kāi)。二次電子的搜集是由二次電子探系統(tǒng)來(lái)完成的。(三)、信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)掃描電鏡電子信號(hào)1．信號(hào)的產(chǎn)生:電子束打在樣品上，實(shí)踐上是電子束與樣品間相互作用，產(chǎn)生多種信號(hào)。2．信號(hào)的搜集：普通掃描電鏡主要察看樣品外表的形狀，運(yùn)用二次電子信號(hào)。二次電子的能量很低(50eV)，只能從外表幾nm厚的樣品外表發(fā)出。我們可以較容易的把二次電子信號(hào)同其它信號(hào)分開(kāi)。二次電子的搜集是由二次電子探系統(tǒng)來(lái)完成的。(三)、信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)二次電子探測(cè)器放大系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)包括：放大電路和顯示器及相機(jī)入射電子束在樣品掃描時(shí)，每一點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)就在熒光屏或底片上同一位置顯示出這一信號(hào)〔嚴(yán)厲一一對(duì)應(yīng)〕。因此，入射電子掃描的范圍決議像的放大倍數(shù)。即熒光屏的邊長(zhǎng)與入射電子在樣品上掃描的邊長(zhǎng)之比即放大倍數(shù)。顯示系統(tǒng)的終端即顯示器接在顯象管和相機(jī)上。(五)、真空系統(tǒng)和供電系統(tǒng)(四)、顯示系統(tǒng)照相機(jī)掃描發(fā)生器探測(cè)器放大系統(tǒng)(四)、顯示系統(tǒng)放大系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)包括：放大電路和顯示器及相機(jī)入射電子束在樣品掃描時(shí)，每一點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)就在熒光屏或底片上同一位置顯示出這一信號(hào)〔嚴(yán)厲一一對(duì)應(yīng)〕。因此，入射電子